尿素生产工艺及技术特点

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1、尿素生产工艺及技术特点3.1 概述图3-1尿素生产基本流程尿素溶液的浓缩工艺冷凝液处理造粒与产品输送分离过程CO2压缩CO2压缩液NH2尿素合成反应合成反应液未反应物回收（生成甲铵液）含氨工艺冷凝液甲铵液回反应系统当代尿素生产，不论是采用哪种流程，基本由六个工艺单元，即原料供应、尿素的高压合成、含尿素溶液的分离过程、未反应氨和二氧化碳的回收、尿素溶液的浓缩、造粒与产品输送和工艺冷凝液处理，其基本过程如图3-1所示。原料CO2和NH3被加压送到高压合成圈，反应生成尿素，二氧化碳转化率在50%~75%范围，此过程被称为合成工序；分离过程与未反应物回收单元承担着把未转化为尿素

2、的氨和二氧化碳从溶液中分离出来，并回收返回合成工序，因此这两个单元被统称为循环工序；最后在真空蒸发和造粒设备中把70%~75%的尿素溶液经浓缩加工为固体产品，称为最终加工工序。尽管尿素生产的基本过程相似，但在具体的流程、工艺条件、设备结构等方面，不同工艺存在一定的差异。迄今世界各地的尿素工厂，绝大多数都是由几家工程设计公司所开发设计的，已形成几种典型的工艺流程，典型的有荷兰斯太米卡邦（Stamicarbon）公司的水溶液全循环CO2气提法、意大利斯那姆（Snamprogetti）公司的氨气提法和蒙特爱迪生集团公司的等压双循环工艺（IDR）、日本三井东亚—东洋工程公司的全

3、循环改良“C”法和改良“D”法及ACES法、美国尿素技术公司UTI的热循环法尿素工艺（HR）等。但不论是哪种工艺流程，生产过程中主要原料NH3和CO2的消耗基本上是相同的，其流程的先进与否主要表现在公用工程即水、电、汽的消耗上。尿素生产流程的改进过程，实质就是公用工程消耗降低的过程。56目前国内建有尿素装置200多套，规模分为大型(48万吨/年以上)、中型(11万吨/年以上)、小型(4万吨/年以上)。中、小型尿素装置均采用国内的水溶液全循环技术，大型装置多采用国外引进工艺技术。在国内的大型尿素装置工艺技术中，多数采用CO2气提工艺和氨气提工艺。目前设计的采用CO2气提工

4、艺和氨气提工艺的尿素装置，其尿素氨耗基本接近于理论水平，公用工程消耗更低，相对于传统的设计，其投资更低。3.2 Stamicarbon二氧化碳气提法尿素工艺图3-2CO2气提工艺方块图从美国凯洛格公司引进的1620t/d尿素装置（简称美型尿素装置，下同），从法国赫尔蒂公司引进的1740t/d尿素装置（简称法型尿素装置，下同），以及由我国原化工部第四设计院和荷兰大陆公司联合设计的1740t/d尿素装置（简称中荷尿素装置，下同）均采用了CO2气提法尿素生产工艺。其中中荷尿素装置采用的是改良型CO2气提法，相比美型、法型尿素装置，在工艺流程上略有一些改进。3.2.1工艺流程S

5、tamicarbon二氧化碳气提法尿素工艺由以下几个主要工序组成：1）CO2气体的压缩；2）液氨的加压；3）高压合成与CO2气提回收；4）低压分解与循环回收5）真空蒸发与造粒6）解吸与水解系统各工序之间的关系可用图3-2表示。563.2.1.1CO2气体压缩从合成氨装置送来的CO2气体，先进入液滴分离器，将所含液滴分离后进入CO2压缩机。CO2压缩机是由蒸汽透平作动力驱动的两缸四段离心式压缩机，在每段之间分别设有段间冷却器和气液分离器。在压缩机各进出口设有若干温度、压力监测点，以便于监视压缩机的运行状况，压缩机的负荷是通过改变蒸汽透平的转速来控制的，经四段压缩后的气体(

6、压力约为14.3MPa，温度为110℃左右)送去脱氢系统（视CO2中H2含量和合成系统高压尾气的洗涤吸收工艺方式而定，法型尿素装置不设脱氢装置），脱氢后的CO2中含氢及其它可燃气体小于50×10-6。在CO2液滴分离器前加入一定量的空气，以供脱氢和设备防腐所需的氧气。空气由空气鼓风机提供，进入系统的空气量由一流量控制阀来调节。3.2.1.2NH3的加压从合成氨装置送来的液氨经流量计量后引入高压氨泵，液氨在泵内加压至16.0MPa(A)左右。液氨的流量根据系统的负荷，通过控制氨泵的转速来调节。加压后的液氨经高压喷射器与来自高压洗涤器中的甲铵液，一起由顶部进入高压甲铵冷凝器

7、。美型和中荷型尿素装置将加压后的液氨在氨加热器中加热到约40℃后，再经高压喷射器与来自高压洗涤器中的甲铵液一起由顶部进入高压甲铵冷凝器。3.2.1.3高压合成与气提合成塔、气提塔、高压冷凝器和高压洗涤器这四个设备组成高压圈（如图3-3所示），这是二氧化碳气提法的核心部分，这四个设备的操作条件是统一考虑的，以期达到尿素的最大产率和热量的最大回收，以副产蒸汽。图3-3CO2气提法高压圈流程从高压冷凝器底部导出的液体甲铵和少量的未冷凝的氨和二氧化碳,分别用两条管线（图3-2中仅画了一条线）送入合成塔底，液相加气相物料总NH3/CO2(摩尔比)约